作者：lixuefeng
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IT軟件技術架構進入云化時代后，新概念、新技術大量涌現。從幾年前熱火的Openstack、計算存儲網絡三大虛擬化技術、Iaas平臺，到近幾年更火熱的容器和云原生的相關技術，在云計算這一領域新技術可謂是層出不窮。
我們經常會聽到的這些概念，比如容器、docker、kubernetes、微服務架構、PaaS平臺、服務中臺、Devops、云原生等等。這些技術和概念彼此之間感覺是獨立的，我們很容易從其中某一個角度學習入手并應用；但是，很多時候，我們會發現這些技術彼此之間又有密切的關聯，從文章也好、技術落地應用的場景也好，它們往往又出現在同一個地方。它們之間究竟有什么聯系，彼此之間有什么依賴，讓人十分的困惑。
在本文中，從這些技術彼此之間的依賴和關系入手，講述它們在當今軟件云化和微服務化時代中的作用，希望讀者從這些總結對比入手，對微服務相關的技術體系建立全局性的視野和理解。
1. Docker容器：
docker大部分人都熟悉或者至少是聽過。Docker技術在很多技術資料和書籍上，往往會跟虛擬化技術做對比，它們的對比如下：
- KVM等虛擬化技術是在操作系統級別上進行虛擬和隔離，每一個虛機都是獨立的OS。
- 而docker是在同一個操作系統中，實現了輕量級的虛擬化。“輕量級的虛擬化”怎么理解呢？看起來docker容器是獨立的操作系統，本質上是同一個操作系統中的進程隔離。所以它是輕量級的；從而，docker比KVM更省資源、資源利用率更高。
Docker的設計理念很偉大、作用也很偉大。但是docker的偉大性遠不只是體現在“輕量的虛擬化”；docker的偉大性體現在：它實現了：同一個軟件發布，在不同的平臺上運行。
這個好處是不是很熟悉？這其實就是Java最初流行起來的原因。Python語言為了實現這一點，弄出了VirtualEnv，把依賴包都隨著程序發布，才解決了多平臺運行的問題。Docker的設計很優雅，一個應用都打包成一個image格式，image采用分層技術等等，這部分不是本文的重點，大家希望更深入了解的話，可以參考其他資料。
2. Kubernetes
docker鏡像運行起來是一個一個的程序，多個程序合起來做成一個大的分布式應用怎么做呢？
答案很簡單，一樣的，程序之間互相調用就行。就好比傳統的分布式應用，多弄幾臺服務器，一個服務器上裝一個程序，程序之間通過socket或其他協議通信。基于docker的分布式應用也是如此，區別只是網絡虛擬化了、CPU和內存資源也虛擬化了。
但是永遠不要低估分布式應用的復雜性，舉兩個例子，想象我們搭建了一套分布式集群，運行了一套分布式應用：
- 這個集群中的某個機器出故障了（斷電了、硬盤壞了等等），怎么去排查故障、怎么去修復？
- 這個集群中某一部分業務由于訪問量增加，需要擴充支撐能力，怎么擴充？
針對這兩個問題，我們很容易想到答案，那就是人過去檢查機器、修復或者重裝，負載過大了，就改應用的架構，上面套上負載均衡性，采用可擴展的架構。這些都是傳統的辦法，這些解決辦法不好的地方也很明顯，就是修復太慢，太費人力、成本高、對業務影響大，想象一個網站，等擴展架構都弄好了，用戶也就都流失了。
Kubernetes是容器編排系統，它首要的目的就是為了解決上面這個例子里的兩個問題：
- 分布式容器應用的可靠性，在服務器或容器應用出現問題的情況下，自動感知，自動將容器應用在集群內的其他機器里重新運行起來
- 分布式容器應用的可擴展性，通過啟動相同的容器應用，自動的提升應用的負載支撐能力。
Google為了壓制AWS，把自己的容器運行平臺開源出來，成為了現在的Kubernetes，這段歷史大家可以搜索了解一下。
3. PaaS
云計算的經典理論上講三大層：IaaS、PaaS、SaaS，分布是Infrastructure、Platform、Software as a service。其中的Infrastructure指的是硬件資源虛擬化；Platform指的是軟件平臺，是應用軟件運行的基礎平臺。
為什么經典理論要把PaaS這一層單獨拿出來？
SaaS層是直接面向業務用戶的，Iaas層是應用運行的底層物理資源，中間的PaaS是應用運行的標準平臺，它包括基礎數據庫服務、基礎中間件服務、基礎開發框架和開發套件、應用部署、管理和運維服務。通過PaaS平臺這一層，SaaS層更專注于自身的業務實現，運行平臺和運行中間件由PaaS層提供。
因為前述的Kubernetes的成熟程度以及無可比擬的優勢，PaaS層的基礎架構基本上都是采用Kubernetes。
有時候會聽到“中臺”這個概念，有數據層（叫做數據中臺）、技術組件層（叫做技術中臺）和業務層（業務中臺）。
中臺的概念出自于阿里巴巴。隨著企業規模的擴大，集團中形成了大的BU或部門，每個部門負責各自的業務體。這些業務體中有很多通用型的業務模塊，把這些通用的業務模塊拿出來，形成一個基礎的業務層，這個業務層由在組織結構上相對獨立的部門來負責，這個部門負責的東西就是中臺。這便是中臺的起源。
業務層中臺這個概念泛化后，又演化出了數據中臺和技術中臺。現在（2021年）可能各個大型政企集團都在推進其各自的“中臺戰略”，猜想其背后的一個很重要的原因可能是：這是一次組織結構和權力分配變革的機遇，有機遇自然會有人去推進。
PaaS中臺
4. 微服務
引述Sam Newman在Building Mircroservices一書中關于微服務的定義：
Microservices are small, autonomous services that work together.
引用前網飛云架構負責人Adrian Cockcroft的定義：
Loosely coupled service-oriented architecture with bounded contexts.
我們這里定義為：微服務是可以獨立部署的、小的、自治的業務組件，業務組件彼此之間通過消息進行交互。微服務的組件可以按需獨立伸縮，具備容錯和故障恢復能力。
由于微服務架構有下面這幾個優勢，已經成為云計算時代應用的標準架構：
- 支持快速上線。由于業務組件的自治性和獨立性，新的功能和應用能夠迅速的發布上線，而不用擔心對系統其他功能帶來大范圍的影響和波及。可以通過服務組件重用重組，快速的形成和發布新的應用。
- 支持獨立擴容和恢復。針對性的對應用中的某些服務進行擴容，解決性能的瓶頸。可以獨立替換或恢復微服務中的某個組件。
快速上線-意味著速度和效率；獨立擴容和恢復-意味著系統的安全、穩定、可擴展。采用微服務架構體系的應用在開發效率、穩定性、可擴展性上具備了無可比擬的優勢，使其成為云化應用的標準架構。
由于微服務本身就是獨立發布、獨立部署、自治的、微小的服務，而docker容器也是跨平臺、獨立運行、小的執行單元。所以容器是微服務架構的良好運行載體。
微服務架構中的核心功能組件包括網關、微服務治理、服務注冊、配置管理、限流和熔斷、負載均衡、自動擴容、自動故障隔離、自動業務恢復、監控和日志組件等。
微服務架構本質上與容器及K8S技術無關，在Java體系的Spring Cloud就提供了諸如網關Zuul組件、Ribbon負載均衡組件、Eureka服務注冊組件、LCM擴容組件、Hystrix業務恢復組件。利用Spring Cloud的能力可以實現一套完善的微服務架構。Spring Cloud有大量的java開發人員所擁護，這是它的優勢。但是Spring Cloud的劣勢很突出，那就是限制編程語言和編程技術。
Kubernetes提供了服務注冊、配置管理、負載均衡、故障隔離、業務恢復、自動擴容等能力。基于Kubernetes的Paas平臺又提供了諸如基礎數據服務、網關服務、微服務治理服務等基礎服務能力。此外，Kubernetes不限制編程語言，社區活躍、功能穩定。所以可以講，kubernetes和Paas平臺是微服務技術的運行平臺。
微服務架構對應用運行平臺的依賴性很強，一個好的、功能全面、易用、穩定的Paas平臺才能發揮出微服務架構的優勢。反之，如果沒有一個好的Paas平臺，應用開發團隊的大部分精力耗費在平臺的搭建、利用，以及微服務架構的設計和應用維護上。那樣的話，不僅沒有得到利用微服務架構的好處，反而沉陷于利用微服務架構所帶來的技術挑戰和劣勢當中。
總的來說，微服務架構是一個“重平臺、輕應用”的架構，從應用軟件整體來看，相比較傳統架構，平臺的研發投入比重占的很大。利用成熟穩定的商業化Paas平臺是成本最優的方案。
5. SOA
SOA（Service-Oriented-Architecture）面向服務的架構，是把服務拼裝形成應用整體的架構。SOA中的服務是指“可重用的業務模塊”。
微服務架構與SOA很像，同樣都是將整個應用拆分，形成獨立的業務模塊的思路。但在許多關鍵點上，微服務架構與SOA不同。
SOA架構與微服務架構對比
- SOA很大程度上依賴于基于XML的消息格式和基于SOAP的通信協議，微服務架構大量的依賴于REST和JSON。
- SOA架構中有ESB（服務總線）的概念，ESB負責服務之間的通信轉發和接口適配，在SOA實現中，ESB處于核心地位，有很多專業的ESB廠商提供ESB中間件，例如WebSphere ESB、Oracle ESB、Dubbo等。
- ESB本身是非常“重”的技術，在云化軟件體系和微服務架構中，強調更輕量級、更迅速、去中心化的技術，所以在微服務架構中，不需要ESB，而通過API網關這樣的技術來負責服務接口轉發。（由于軟件全面云化是一個過程、需要適配、調整來全面完成轉變，所以在一段時間內，面對大量的遺留系統，ESB仍然會充當微服務改造過程中用來適配老系統的一個重要組件。）
- SOA的設計思路是把一些組件和服務，通過服務總線組裝，形成更大的應用系統（從小到大）；而微服務的設計思路是把應用拆分成獨立自治的小的服務（從大到小）。
- SOA設計架構強調分層，通常會分為展現層、業務層、總線層和數據層。微服務架構中的服務更松散。
- SOA中的服務不強調業務領域的自治性，微服務架構強調基于領域的服務自治性。
從上述的對比來看，二者的區別基本上都在實現方式上。微服務與SOA本質上是同一種設計思想在不同時代的不同實現。過去在容器、K8S技術沒有出現的年代，造就了SOA的實現方式。
6. 云原生
著名的CNCF（Cloud-Native Compute Foundation，云原生計算基金會）成立于2015年，由Google等大公司牽頭，目前有100多家企業成員，其目的是在容器、微服務及devops領域里、通過一系列的規范和標準幫助企業和組織、在現代的云化環境中構建架構一致的應用。
CNCF的Landscape定義了關于Provisioning、Runtime、容器編排、Paas平臺、微服務治理等多個容器和微服務相關子領域的開源組件和技術標準。
簡單直白的講，基于CNCF云原生技術開發的應用，能夠在業界各個平臺里暢行無阻，部署在私有云、公有云里都是一樣的技術體系和架構。
從CNCF的Landscope上來看，進入CNCF的Landscope的組件，在功能、穩定性、活躍程度上大體都是業界領先的。
CNCF定義的云原生三大特征：
- 容器化封裝：以容器為基礎，提高整體開發水平，形成代碼和組件重用，并作為應用程序部署的獨立單元。
- 動態和自動化管理：通過集中式的編排調度系統來動態的管理和調度。即K8S。
- 面向微服務：明確服務間的依賴，互相解耦。
總結來說，云原生的三大特征是：docker、kubernetes和微服務。此外，云原生強調自動化以提升能夠開發效率和運維效率。
7. Devops
DevOps是Development和Operations的組合，重視軟件開發人員和運維人員的溝通合作，通過自動化流程來使得軟件構建、測試、發布更加迅速和可靠。
Devops與上述的云原生、微服務、容器等技術應用沒有直接的關系，可以講，沒有微服務和容器等技術，一樣的可以朝著自動化的構建、測試和發布流程上行進。但是，長久以來，devops只是在文化上和流程指導上給出了方向，至于落地的方法論和工具鏈上，并沒有很成功，只是在CI/CD流程的個別環節上獨立發展出一些比較成功的產品，例如jenkins及一些自動化測試工具。究其原因，還是在軟件應用基礎架構上，沒有完善的技術支撐和技術體系，軟件的運行環境千差萬別、軟件的部署和維護流程千差萬別、軟件的形態和架構千差萬別，Devops落地需要大量定制化，工具鏈落地難度很大。
基于容器和Kubernetes的平臺提供了云原生應用的標準發布和運行環境；基于容器的微服務架構定義了云原生應用的標準架構。通過這些技術，為軟件應用在架構、支撐服務和支持組件、基準平臺上進行了標準化；同時通過這些技術，解決了升級、擴容、穩定性、私有云/公有云/混合云統一基礎架構等問題。
微服務架構的重要目標就是：快速發布，那么就需要在敏捷文化、自動化工具鏈上對流程提出了高要求。
在這個基礎上，利用devops的自動化文化、協作文化、敏捷文化，在軟件的開發、測試、部署、運維流程上，提升了開發效率、降低了溝通成本、提升了部署和上線速度。Devops是云原生應用在開發、測試和發布流程上的必要手段，基于容器的Paas平臺和微服務架構，為devops的流行提供了土壤。
總括：
微服務、容器、云原生、Kubernetes、SOA、Paas平臺、Devops 之間相互促進、相互依賴、相互關聯，它們之間的關系如下：
容器和微服務相關技術之間的關系
延伸閱讀 云原生 （Cloud Native） = 微服務 + DevOps + 持續交付 + 容器化 ？
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